[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于相鄰尺度互補(bǔ)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)外膜邊界分割方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210208869.X
• 申請(qǐng)日: 2022-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114612405A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高智凡;張賀曄;馮天元
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/00;G06T7/11;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 深圳市創(chuàng)富知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

1.一種基于相鄰尺度互補(bǔ)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)外膜邊界分割方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取待測(cè)IVUS圖像并將待測(cè)IVUS圖像輸入至深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)；

所述深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)包括多尺度密集鏈接的空洞卷積模塊、相鄰尺度的互補(bǔ)信息學(xué)習(xí)模塊和相鄰尺度的上下文補(bǔ)充模塊；

基于多尺度密集鏈接的空洞卷積模塊對(duì)待測(cè)IVUS圖像進(jìn)行處理，在多個(gè)尺度下的圖像提取特征并建立IVUS圖像和冠狀動(dòng)脈內(nèi)膜與外膜的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

基于相鄰尺度的互補(bǔ)信息學(xué)習(xí)模塊獲取尺度間的互補(bǔ)信息，并根據(jù)尺度間的互補(bǔ)信息確定冠狀動(dòng)脈內(nèi)膜與外膜的大小和位置；

基于相鄰尺度的上下文補(bǔ)充模塊獲取上下文的互補(bǔ)信息，利用上下文的互補(bǔ)信息補(bǔ)充不同尺度下缺失的內(nèi)膜與外膜和血管結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系；

根據(jù)IVUS圖像和冠狀動(dòng)脈內(nèi)膜與外膜的對(duì)應(yīng)關(guān)系、冠狀動(dòng)脈內(nèi)膜與外膜的大小和位置、缺失的內(nèi)膜與外膜和血管結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，輸出分割結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于相鄰尺度互補(bǔ)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)外膜邊界分割方法，其特征在于，所述獲取待測(cè)IVUS圖像并將待測(cè)IVUS圖像輸入至深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)這一步驟之前，還包括：

構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集并基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練完成的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于相鄰尺度互補(bǔ)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)外膜邊界分割方法，其特征在于，所述構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集并基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練完成的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)這一步驟，其具體步驟：

搜集不同健康狀況的IVUS圖像及對(duì)應(yīng)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)膜與外膜分割結(jié)果，作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

以不同健康狀況的IVUS圖像為輸入，對(duì)應(yīng)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)膜與外膜分割結(jié)果為輸出，訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)；

調(diào)整深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，直至誤差率達(dá)到預(yù)設(shè)范圍，得到訓(xùn)練完成的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于相鄰尺度互補(bǔ)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)外膜邊界分割方法，其特征在于，所述深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括卷積層數(shù)、空洞卷積層數(shù)、BN層數(shù)、激活函數(shù)種類(lèi)、卷積核大小與個(gè)數(shù)、池化層數(shù)、上采樣層數(shù)、初始權(quán)值和偏置值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于相鄰尺度互補(bǔ)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)外膜邊界分割方法，其特征在于，所述基于相鄰尺度的互補(bǔ)信息學(xué)習(xí)模塊獲取尺度間的互補(bǔ)信息，并根據(jù)尺度間的互補(bǔ)信息確定冠狀動(dòng)脈內(nèi)膜與外膜的大小和位置這一步驟，其具體包括：

基于相鄰尺度的互補(bǔ)信息學(xué)習(xí)模塊獲取多尺度密集鏈接的空洞卷積模塊提取的尺度間的互補(bǔ)信息；

根據(jù)尺度間的互補(bǔ)信息，將相鄰的大尺度指導(dǎo)相鄰的小尺度和相鄰的小尺度指導(dǎo)相鄰的大尺度結(jié)合，確定冠狀動(dòng)脈內(nèi)膜與外膜的大小和位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于相鄰尺度互補(bǔ)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)外膜邊界分割方法，其特征在于，所述相鄰的大尺度指導(dǎo)相鄰的小尺度，公式表示如下：

上式中，表示小尺度的輸出特征，表示大尺度的輸出特征，S_i+1表示相鄰的小尺度特征，S_i-1表示相鄰的大尺度特征，λ_up,λ_down表示在交互階段中對(duì)細(xì)節(jié)的參考，表示元素級(jí)的加法，表示通過(guò)卷積層進(jìn)行的融合階段，F(xiàn)_up表示上采樣過(guò)程，F(xiàn)_down表示下采樣過(guò)程。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于相鄰尺度互補(bǔ)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)外膜邊界分割方法，其特征在于，所述基于相鄰尺度的上下文補(bǔ)充模塊獲取上下文的互補(bǔ)信息，利用上下文的互補(bǔ)信息補(bǔ)充不同尺度下缺失的內(nèi)膜與外膜和血管結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系這一步驟，其具體包括：

基于相鄰尺度的上下文補(bǔ)充模塊通過(guò)交互式的方法在相鄰尺度上獲取圖像的上下文的互補(bǔ)信息；

根據(jù)圖像的上下文的互補(bǔ)信息，整合相鄰的大尺度上下文補(bǔ)充小尺度上下文和相鄰的小尺度上下文補(bǔ)充大尺度上下文，得到不同尺度下缺失的內(nèi)膜與外膜和血管結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系。

8.據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于相鄰尺度互補(bǔ)的冠狀動(dòng)脈內(nèi)外膜邊界分割方法，其特征在于，所述相鄰的大尺度上下文補(bǔ)充小尺度上下文，公式表示如下：

上式中，S_i(u,v)表示小尺度特征，S_i+1(h,j)表示相鄰的大尺度特征，λ₁表示相鄰大尺度和相鄰小尺度全局上下文，S_w表示加權(quán)尺度，I(·)表示歸一化函數(shù)，表示輸出。